利用差動(dòng)輪系實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓力機(jī)混合輸入的研究

1、利用差動(dòng)輪系實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓力機(jī)混合輸入的研究何予鵬 趙升噸 鄒 軍 張志遠(yuǎn)采用差動(dòng)輪系作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)械壓力機(jī)的混合輸入的問題進(jìn)行了研究。提出了“調(diào)速幅度”或“差速比”是混合輸入的重要參數(shù)，它不僅決定了速度調(diào)節(jié)的大小，而且決定了伺服電機(jī)功率和常規(guī)電機(jī)功率的功率之間的比值。對(duì)差動(dòng)輪系中各軸的傳動(dòng)比、兩電機(jī)的功率計(jì)算、工作負(fù)載功率的分配等公式進(jìn)行了推導(dǎo)。 提出了機(jī)械壓力機(jī)實(shí)現(xiàn)混合輸入可以采用伺服電機(jī)和常規(guī)電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)，與伺服電機(jī)和常規(guī)電機(jī)分別拖動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方案。計(jì)算結(jié)果表明，采用伺服電機(jī)和常規(guī)電機(jī)分別拖動(dòng)方案，可以采用較小功率的伺服電機(jī)滿足機(jī)械壓力機(jī)的工作要求，并能使得設(shè)備的制造成本和使用成本較低。因此

2、該拖動(dòng)方案為機(jī)械壓力機(jī)混合輸入在工程實(shí)際中應(yīng)用提出了一條可行之路。機(jī)械壓力機(jī) 混合輸入 差動(dòng)輪系 調(diào)速1.簡(jiǎn)介目前關(guān)于機(jī)械壓力機(jī)的混合輸入方面的研究論文有很多，已經(jīng)成為當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。所謂的混合輸入就是利用一個(gè)具有兩個(gè)自由度的機(jī)構(gòu)(稱為差速機(jī)構(gòu))，同時(shí)輸入兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng),經(jīng)過差速機(jī)構(gòu)對(duì)這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成,最后得到滿足一定要求的輸出。能夠?qū)崿F(xiàn)混合輸入的機(jī)構(gòu)也稱為可控機(jī)構(gòu)1。在機(jī)械壓力機(jī)上應(yīng)用混合輸入的目的就是用功率較大的常規(guī)電動(dòng)機(jī)去帶動(dòng)飛輪完成機(jī)械壓力機(jī)的對(duì)外工作做功，用功率較小的伺服電機(jī)去完成滑塊的速度調(diào)節(jié)1,2。這種混合輸入機(jī)械壓力機(jī)不僅具有柔性的工作速度，而且比單純用伺服電機(jī)控制的機(jī)

3、械壓力機(jī)具有更低的價(jià)格。因此引起了海內(nèi)外眾多的工作者對(duì)其進(jìn)行研究，這些研究主要集中在以連桿機(jī)構(gòu)作為差速機(jī)構(gòu)上。文獻(xiàn)1,3對(duì)具有兩個(gè)自由度的七桿機(jī)構(gòu)的混合輸入機(jī)械壓力機(jī)做了比較全面的論述，從機(jī)構(gòu)組成的可行性分析、滑塊的運(yùn)動(dòng)分析、電機(jī)的扭矩和功率分配到優(yōu)化設(shè)計(jì)；并且采用多項(xiàng)式插值方法對(duì)兩個(gè)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行求解，經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真，證明這種混合輸入機(jī)械壓力機(jī)計(jì)算結(jié)果是令人滿意的。文獻(xiàn)3也對(duì)具有兩個(gè)自由度的七桿機(jī)構(gòu)的混合輸入的機(jī)械壓力機(jī)做了運(yùn)動(dòng)分析，并且以伺服電機(jī)功率為最小進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)， 指出了混合輸入是機(jī)械壓力機(jī)的一個(gè)研究方向。文獻(xiàn)4首次提出“混合輸入”概念，作者利用差動(dòng)輪系實(shí)現(xiàn)了常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)

4、的運(yùn)動(dòng)合成，并且通過實(shí)驗(yàn)證明這種混合輸入是可行的。以上這幾位研究者在混合輸入研究中都沒有明確給出“調(diào)速幅度”的概念， 也沒有給出常規(guī)電機(jī)功率、伺服電機(jī)功率分別與速度變化的定量關(guān)系58。這些參數(shù)對(duì)混合輸入中電機(jī)功率的選擇以及在工作中電機(jī)承受負(fù)載的情況都是非常重要的也是不可缺少的。文獻(xiàn)13都是利用七連桿機(jī)構(gòu)作為差速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)混合輸入的。用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)混合輸入研究起來比較復(fù)雜, 因?yàn)樵谶B桿機(jī)構(gòu)中每一個(gè)桿件的長度和位置的變化對(duì)機(jī)械壓力機(jī)的滑塊的運(yùn)動(dòng)都產(chǎn)生影響，這樣在研究中容易使一些次要問題掩蓋主要問題，使研究結(jié)果失真911。差動(dòng)輪系具有兩個(gè)自由度，并且任意兩個(gè)齒輪之間的傳動(dòng)比是一個(gè)定值。為了簡(jiǎn)化研究的

5、力學(xué)模型，使研究的主要問題更加突出， 本文采用差動(dòng)輪系作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來對(duì)機(jī)械壓力機(jī)的混合輸入進(jìn)行研究。本文重點(diǎn)研究了混合輸入中各軸的轉(zhuǎn)速關(guān)系；“調(diào)度幅度”或“差速比”的概念以及它與兩個(gè)電機(jī)功率的關(guān)系；輸出軸運(yùn)行在不同工作區(qū)和工作負(fù)載在兩個(gè)電機(jī)之間的分配；提出混合輸入兩種拖動(dòng)方案，并且以200機(jī)械壓力機(jī)為工程背景，設(shè)計(jì)出了該機(jī)械壓力機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，分析了這兩種拖動(dòng)方案在機(jī)械壓力機(jī)中應(yīng)用的可能性。2.混合輸入的工作原理利用差動(dòng)輪系實(shí)現(xiàn)機(jī)械壓力機(jī)混合輸入的工作原理如圖1。該系統(tǒng)由常規(guī)電機(jī)(一般指輸出速度為常數(shù)的交流電機(jī))、伺服電機(jī)、減速器、減速器、差動(dòng)輪系和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成。差動(dòng)輪系的輸出軸與曲柄滑塊機(jī)

6、構(gòu)的曲軸相連接；差動(dòng)輪系的兩個(gè)輸入軸分別通過減速器和減速器與伺服電機(jī)和常規(guī)電機(jī)相連。因此，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲軸的運(yùn)動(dòng)就完全由伺服電機(jī)和常規(guī)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)來控制。在差動(dòng)輪系前串聯(lián)減速器和減速器，主要是因?yàn)闉榱顺袚?dān)一部分減速任務(wù)，差動(dòng)輪系的傳動(dòng)比取值太大，會(huì)造成傳動(dòng)效率的降低。常規(guī)電機(jī)的速度為常數(shù)，價(jià)格比較便宜；伺服電機(jī)的速度可以調(diào)節(jié)，但是價(jià)格昂貴?；旌陷斎脒x用功率較大的常規(guī)電機(jī)為機(jī)械壓力機(jī)提供一個(gè)恒定速度輸出，選用功率較小的伺服電機(jī)為機(jī)械壓力機(jī)提供速度調(diào)節(jié)。這樣不僅使得機(jī)械壓力機(jī)的輸出速度為柔性，而且又避免了選用大功率的伺服電機(jī)，使得制造成本和使用成本大大降低。圖1 差動(dòng)輪系混合輸入原理3.機(jī)械壓力機(jī)

7、滑塊工作速度的特點(diǎn)機(jī)械壓力機(jī)對(duì)外做功滑塊的速度呈周期性規(guī)律變化12?；瑝K在一個(gè)理想循環(huán)工作過程中，位移、速度的變化如圖2?；瑝K從上死點(diǎn)出發(fā)，為了保證每分鐘具有較高的行程次數(shù)，以較高的速度向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑塊接近工作點(diǎn)時(shí)，滑塊的速度降低，并且以較低的速度鍛沖工件。這主要是為了避免模具在接觸時(shí)產(chǎn)生較大的沖擊，以及保證工件在變形時(shí)有較高的成形質(zhì)量。當(dāng)滑塊完成鍛沖工件，到達(dá)下死點(diǎn)后，然后以較高的速度向上運(yùn)動(dòng)，到達(dá)上死點(diǎn)停止。因此，機(jī)械壓力機(jī)的工作速度可以劃分為3個(gè)速度：快速下行速度，工作速度，快速返回速度，其中和速度應(yīng)該盡量的高；為了滿足不同的加工工件的工藝要求，工作速度應(yīng)該是柔性可調(diào)的。實(shí)際上機(jī)械壓力機(jī)

8、對(duì)外做功只是在很小的一段工作行程內(nèi)完成，在其它過程中滑塊不對(duì)工件做功。4.混合輸入有關(guān)公式和術(shù)語4.1各軸的轉(zhuǎn)速關(guān)系差動(dòng)輪系有3個(gè)輸入輸出軸，如圖1。了便于表達(dá)各軸間的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，將與常規(guī)電機(jī)聯(lián)接的軸稱為“1”軸；與伺服電機(jī)聯(lián)接的軸稱為“2”軸，與曲軸相聯(lián)接的輸出軸稱為“0”。3個(gè)軸的轉(zhuǎn)速分別用,和表示；3個(gè)轉(zhuǎn)軸的扭矩分別用，和表示。因差動(dòng)輪系具有兩個(gè)自由度，只有在3個(gè)轉(zhuǎn)軸中有一個(gè)軸固定不轉(zhuǎn)時(shí)，另兩軸間才有固定的速比關(guān)系，因此差動(dòng)調(diào)速各工作軸的速比關(guān)系需用同時(shí)帶上標(biāo)和下標(biāo)的符號(hào)表示。(1) 常規(guī)電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)輸出轉(zhuǎn)速的影響：當(dāng)伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，=0,只有常規(guī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)輸出軸的轉(zhuǎn)速施加影響： ， （

9、1）圖2 滑塊理想工作位移曲線其中表示固定2軸(伺服電機(jī)軸)時(shí)0軸的轉(zhuǎn)速，表示固定2軸時(shí)1軸至0軸的總傳動(dòng)比，包括差動(dòng)輪系和減速器。(2) 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)輸出轉(zhuǎn)速的影響：當(dāng)常規(guī)電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，=0，只有伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)輸出軸的轉(zhuǎn)速施加影響： ， （2）其中表示固定1軸(伺服電機(jī)軸)時(shí)的0軸的轉(zhuǎn)速，表示固定1軸時(shí)2軸至0軸的全部傳動(dòng)比，包括差動(dòng)輪系和減速器。(3) 常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)時(shí)的輸出轉(zhuǎn)速：常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)同時(shí)輸入時(shí)，通過差動(dòng)輪系合成得到輸出轉(zhuǎn)速可以表示為 ， （3）因?yàn)樗欧姍C(jī)能在正、反兩個(gè)方向自零至額定轉(zhuǎn)速間的任何轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以可以表示為， （4）其中K為伺服電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與額定

10、轉(zhuǎn)速的比值，可以是1 +1間的任何值，包括零值；為伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，則(3)式可以改寫為 。 （5）4.2調(diào)速幅度和差速比(1) 調(diào)速幅度：為了準(zhǔn)確反映差動(dòng)輪系混合輸入輸出軸的速度變化情況，引入調(diào)速幅度的概念。如圖3。調(diào)速幅度是用在基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速上下的調(diào)速量與基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速之比值(或百分比)來表示的相對(duì)變化量。在差動(dòng)調(diào)速中，調(diào)速幅度等于單開伺服電機(jī)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)的0軸輸出速度，與單開常規(guī)電機(jī)時(shí)的0軸輸出速度的比值13： ， （6）在差動(dòng)輪系混合輸入中，調(diào)速幅度是一個(gè)最基本和最重要的技術(shù)參數(shù)。它不僅確定了差動(dòng)輪系的兩個(gè)輸入軸的速度匹配關(guān)系，而且決定了伺服電機(jī)和常規(guī)電機(jī)裝機(jī)容量的配比關(guān)系。圖3 調(diào)速幅度的物理

11、意義(2) 差速比：在表達(dá)差速調(diào)速傳動(dòng)的技術(shù)性能時(shí)，往往用到差速比的概念，它是反映差速系統(tǒng)差速效應(yīng)的重要技術(shù)參數(shù)。調(diào)速幅度m的倒數(shù)稱為差速比，即 ， （7）根據(jù)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速與扭矩成反比，常規(guī)電機(jī)與伺服電機(jī)帶動(dòng)同一負(fù)載，可以推導(dǎo)出差速比， 用兩個(gè)電機(jī)的功率表示： ， （8）其中為常規(guī)電機(jī)的軸功率，；伺服電機(jī)的軸功率，。4.3工作載荷功率分配設(shè)機(jī)械壓力機(jī)的工作載荷功率為，則常規(guī)電機(jī)、伺服電機(jī)和工作載荷的功率關(guān)系可以用下式表示： ， （9）， （10）。 （11）由(9)(11)式可以看出，常規(guī)電機(jī)、伺服電機(jī)的輸出功率取決于系數(shù) K(即伺服電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn) 速)。因此差動(dòng)調(diào)速輸出軸轉(zhuǎn)速在不同的調(diào)速區(qū)工作

12、時(shí)，常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)承擔(dān)的負(fù)載功率比例是不相同的。(1) 輸出轉(zhuǎn)速運(yùn)行于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速： 當(dāng)伺服電機(jī)工作速度等于零時(shí)，由(9)式得： ， （12）此時(shí)常規(guī)電機(jī)承擔(dān)了全部的負(fù)載功率。(2) 輸出轉(zhuǎn)速運(yùn)行于差動(dòng)增速區(qū)：伺服電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，即，及均為正值，常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)均承擔(dān)一部分負(fù)載功率。常規(guī)電機(jī)承擔(dān)的負(fù)載功率為 ， （13）伺服電機(jī)承擔(dān)的負(fù)載功率為 。 （14）當(dāng)調(diào)速幅度為時(shí)，則 ， （15） 。 （16）由此可見，常規(guī)電機(jī)承擔(dān)了90.9%100%的工作負(fù)載，而伺服電機(jī)僅承擔(dān)09.1%的工作負(fù)載，這說明調(diào)速幅度和差速比的大小決定了載荷在兩電機(jī)間的分配。(3) 輸出轉(zhuǎn)速運(yùn)行于差動(dòng)減速區(qū)：此時(shí)伺服電機(jī)

13、反向運(yùn)轉(zhuǎn)，。 因，從(9)和(10)式可知為正值，為負(fù)值。伺服電機(jī)的功率為負(fù)值，說明伺服電機(jī)在差速系統(tǒng)中變成工作阻力。常規(guī)電機(jī)不僅要對(duì)負(fù)載做功，而且要克服伺服電機(jī)的工作阻力： ， （17）當(dāng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定在時(shí)，常規(guī)電機(jī)承擔(dān)的負(fù)載為 。 （18）由此可見，輸出轉(zhuǎn)速在減速工作區(qū)運(yùn)行時(shí)，常規(guī)電機(jī)要多消耗功率?？梢娸敵鲚S轉(zhuǎn)速的降低是消耗伺服電機(jī)的輸入功率為代價(jià)換來的。因此從節(jié)約能量的角度來，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量的避免或減少輸出轉(zhuǎn)速在減速區(qū)運(yùn)行。4.4機(jī)械壓力機(jī)混合輸入的兩種拖動(dòng)方案根據(jù)(3)式可知，差動(dòng)輪系的輸出轉(zhuǎn)速等于常規(guī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速折算到輸出軸上的代數(shù)和。由圖1可知，差動(dòng)輪系的輸出軸與

14、機(jī)械壓力機(jī)的曲軸相連，故兩軸為同一個(gè)轉(zhuǎn)速。通過開動(dòng)或制動(dòng)常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)，機(jī)械壓力機(jī)的曲軸可以得到不同的輸出轉(zhuǎn)速。因此機(jī)械壓力機(jī)混合輸入可以采用兩種拖動(dòng)方案：常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)；常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。 (1) 常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)。該拖動(dòng)方案是以常規(guī)電機(jī)轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速作為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，兩者進(jìn)行合成得到機(jī)械壓力機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速，如圖3，可用(1)(18)式計(jì)算轉(zhuǎn)速和功率。(2) 常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)分別拖動(dòng)。該拖動(dòng)方案是在混合輸入過程中只開動(dòng)一臺(tái)電機(jī)，另一臺(tái)電機(jī)制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)單機(jī)拖動(dòng)。也就是在差動(dòng)輪系輸出軸運(yùn)行在不同的運(yùn)動(dòng)階段，分別單獨(dú)開動(dòng)伺服電機(jī)和常規(guī)電機(jī)，得到兩種不同的

15、輸出轉(zhuǎn)速： 柔性低速運(yùn)行。當(dāng)機(jī)械壓力機(jī)滑塊運(yùn)行到工作區(qū)時(shí)，常規(guī)電機(jī)制動(dòng)，單獨(dú)開動(dòng)伺服電機(jī)。此時(shí)，由(5)式可以得到： 。 （19）因?yàn)?，曲軸轉(zhuǎn)速大小和方向是可以調(diào)整的，故曲軸的轉(zhuǎn)速是柔性的。在設(shè)計(jì)時(shí)將傳動(dòng)比取較大的值，單開伺服電機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)速可以變得很小。故此時(shí)曲軸的運(yùn)動(dòng)是柔性低速的?？焖龠\(yùn)行。當(dāng)機(jī)械壓力機(jī)滑塊運(yùn)行在快速進(jìn)給和快速返回區(qū)間，伺服電機(jī)制動(dòng)，單獨(dú)開動(dòng)常規(guī)電機(jī)。此時(shí)，由(5)式可以得到： ， （20）此時(shí)曲軸的轉(zhuǎn)速取決于，可以把相對(duì)傳動(dòng)比取值較小，得到比較高的曲軸轉(zhuǎn)速。在該拖動(dòng)方案中，兩個(gè)電機(jī)是獨(dú)立地工作在不同的區(qū)間，因此電機(jī)的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)速都是獨(dú)立的。合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)比和，可以得到兩

16、個(gè)數(shù)值相差很大的輸出轉(zhuǎn)速，以便滿足機(jī)械壓力機(jī)滑快的快速和低速運(yùn)動(dòng)工作要求。該拖動(dòng)方案的輸出轉(zhuǎn)速比較的物理意義如圖4。 圖4 兩種輸出轉(zhuǎn)速比較的物理意義5.計(jì)算實(shí)例以200 t機(jī)械壓力機(jī)為工程背景來設(shè)計(jì)差動(dòng)輪系混合輸入的機(jī)械壓力機(jī)。200 t壓力機(jī)的基本參數(shù)： 工作次數(shù)為40次/min；滑塊行程為160 mm；公稱壓力為200 t；在鍛沖工作階段曲軸的工作扭矩為21732 Nm；發(fā)生公稱壓力時(shí)滑塊距下死點(diǎn)距離為12 mm。針對(duì)200 t的機(jī)械壓力機(jī)，設(shè)計(jì)出差動(dòng)輪系的混合輸入的傳動(dòng)原理如圖5。常規(guī)電機(jī)通過皮帶輪，和齒輪，減速，最終與差動(dòng)輪系的中心輪相連。伺服電機(jī)通過齒輪，和與差動(dòng)輪系的中心輪相連。

17、差動(dòng)輪系的輸出軸與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄相連。圖5 200 t機(jī)械壓力機(jī)混合輸入傳動(dòng)原理圖5.1常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)以常規(guī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速作為機(jī)械壓力機(jī)的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，用伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速作為可調(diào)節(jié)速度，兩個(gè)電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)機(jī)械壓力機(jī)的滑塊。(1) 調(diào)速幅度和差速比的確定：根據(jù)機(jī)械壓力機(jī)的工作特點(diǎn)，滑塊在工作時(shí)要求有較低速度，在空程進(jìn)給和回程時(shí)要求有較快的工作速度。因此調(diào)速幅度取值愈大，這兩個(gè)速度差就愈大，對(duì)機(jī)械壓力機(jī)工作就愈有力。但是調(diào)速幅度增大，將導(dǎo)致伺服電機(jī)的功率增大，常規(guī)電機(jī)的功率減小， 使機(jī)械壓力機(jī)的制造成本提高，所以調(diào)速幅度應(yīng)該取值適當(dāng)，既要滿足機(jī)械壓力機(jī)的速度要求， 又要滿足伺服電機(jī)功率小這兩方

18、面的要求。綜合這兩個(gè)因素，取調(diào)速幅度，即差速比。 當(dāng)調(diào)速幅度等于0.3時(shí)，如果機(jī)械壓力機(jī)的滑塊僅運(yùn)行在增速區(qū)，滑快的速度變化幅度僅有30%，仍將不能滿足機(jī)械壓力機(jī)的速度要求。如果滑塊運(yùn)行在增速區(qū)和減速區(qū)(即機(jī)械壓力機(jī)以下極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行鍛沖工作，以上極限轉(zhuǎn)速進(jìn)行快進(jìn)和返回)，使調(diào)速范圍增加，此時(shí)的實(shí)際調(diào)速幅度為0.6，這樣才有可能滿足機(jī)械壓力機(jī)的速度要求。為了滿足原機(jī)械壓力機(jī)40 r/min的要求，取曲軸的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為35 r/min，按調(diào)速幅度等于0.3，可以計(jì)算出曲軸的上極限轉(zhuǎn)速為45.5 r/min，曲軸的下極限轉(zhuǎn)速為24.5 r/min。進(jìn)一步計(jì)算出當(dāng)曲軸的轉(zhuǎn)速為24.5 r/min時(shí)，滑塊

19、在距下死點(diǎn)12 mm處的速度為0.166 m/s. 這個(gè)數(shù)值比原來的機(jī)械壓力機(jī)轉(zhuǎn)速為40 r/min, 在距下死點(diǎn)12 mm處的速度0.272 m/s，減少了將近40%。(2) 電機(jī)功率的確定：200 t普通機(jī)械壓力機(jī)的電機(jī)功率一般為30 kW，因此取混合輸入機(jī)械壓力機(jī)載荷功率。根據(jù)(10)式，取，可以計(jì)算出伺服電機(jī)的功率為 ， （21）由于在鍛沖階段壓力機(jī)滑塊是運(yùn)行在減速區(qū)，伺服電機(jī)變?yōu)樽枇?，常?guī)電機(jī)的功率按(17)式計(jì)算： ， （22）伺服電機(jī)與常規(guī)電機(jī)的功率總合為 。 （23）由此可見，由于機(jī)械壓力機(jī)的滑塊運(yùn)行在減速區(qū)，使得常規(guī)電機(jī)與伺服電機(jī)的總功率比負(fù)載功率增加了14 kW。(3) 各

20、級(jí)傳動(dòng)比的確定：根據(jù)圖5機(jī)械壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，可以推導(dǎo)出相對(duì)傳動(dòng)比和的計(jì)算公式。將伺服電機(jī)固定，曲軸與常規(guī)電機(jī)的相對(duì)傳動(dòng)比為 ， （24）將常規(guī)電機(jī)固定，曲軸與伺服電機(jī)的相對(duì)傳動(dòng)比為 。 （25）其中是差動(dòng)輪系的相對(duì)傳動(dòng)比。這里取，因?yàn)槿≈堤髸?huì)導(dǎo)致差動(dòng)輪系的效率降低；取常規(guī)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 。前面論述曲軸的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為，由(24)式計(jì)算可得。；取齒輪5和6的傳動(dòng)比， 從而計(jì)算出皮帶的傳動(dòng)比。這兩個(gè)傳動(dòng)比的數(shù)值都在帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的允許范圍之內(nèi)，因此是合理的。取伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)前面調(diào)速幅度為0.3，曲軸的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速35 r/min，得到伺服電機(jī)在曲軸上的速度為。將它們代入到(25)式

21、，得傳動(dòng)比，因此可以將此傳動(dòng)比進(jìn)一步分配為。綜合上述，在設(shè)計(jì)時(shí)選取調(diào)速幅度等于0.3，并且讓機(jī)械壓力機(jī)的曲軸運(yùn)行在增速和減速兩個(gè)區(qū)間，滑塊的速度基本上可以滿足機(jī)械壓力機(jī)的工作要求。但是，此時(shí)常規(guī)電機(jī)的功率取值增大，而且常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)的功率和已經(jīng)比負(fù)載功率大了許多。因此，無論從降低機(jī)械壓力機(jī)的制造成本還是降低其使用成本來考慮，這種常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)的混合輸入方法都很難應(yīng)用到機(jī)械壓力機(jī)上。5.2常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)分別拖動(dòng)該拖動(dòng)方案的常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)獨(dú)立拖動(dòng)，互相不影響。因此可以把伺服電機(jī)作為工作電機(jī),，把常規(guī)電機(jī)作為滑快的快進(jìn)和快速返回的拖動(dòng)電機(jī)。(1)伺服電機(jī)功率的確定：在機(jī)械壓力

22、機(jī)在工作階段，常規(guī)電機(jī)制動(dòng)，只開動(dòng)伺服電機(jī)，所以工作載荷完全由伺服電機(jī)來承擔(dān)。伺服電機(jī)的功率可以用下式計(jì)算： ， （26）即伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的曲軸在05 r/min調(diào)速范圍內(nèi)，伺服電機(jī)的功率為11.38 kW。由上式可知伺服電機(jī)的輸出功率是由工作轉(zhuǎn)矩和曲軸的轉(zhuǎn)速的乘積決定的，如果進(jìn)一步縮小調(diào)速范圍，伺服電機(jī)的功率還可以選的更小。一般情況下，滑塊的速度越低，對(duì)材料的成形越有利。但是，過低的工作速度會(huì)導(dǎo)致機(jī)械壓力機(jī)的工作效率降低。當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)時(shí)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以調(diào)為零并且保持一段時(shí)間，這樣滑塊就實(shí)現(xiàn)了“保壓延時(shí)”的功能。(2) 常規(guī)電機(jī)功率的確定：常規(guī)電機(jī)不參加機(jī)械壓力機(jī)的鍛沖工作，只是在快速進(jìn)給和快速返回時(shí)工作。因此常規(guī)電機(jī)主要是對(duì)滑塊、連桿、曲軸和傳動(dòng)零件的動(dòng)能和勢(shì)能，單次行程離合器結(jié)合，各運(yùn)動(dòng)副摩擦力等作的功。參考315 t機(jī)械壓力機(jī)，這部分功大約占總功的38%14，因此對(duì)200 t機(jī)械壓力機(jī)常規(guī)電機(jī)的功率可以取為。由以上的計(jì)算可以看出，常規(guī)電機(jī)和伺服電機(jī)功率的總和為22.78 kW，小于原來普通曲柄壓力機(jī)電機(jī)功率30 kW的數(shù)值，這主要是降低了鍛沖工件的工作速度，使伺服電機(jī)的功率下降所導(dǎo)致的。(3) 傳動(dòng)比的確定：200